玉米免耕作施肥播種機的作用及全自動控制系統優化創新

欒曉萍

為提升玉米免耕作施肥播種機的自動化水平，我們通過對機械設備的精心優化設計以及對控制系統的進一步改進，實現了系統的全自動化。根據玉米免耕作施肥播種機在實際工作中的需求，設計了一套全自動控制系統。通過對硬件結構、軟件系統以及系統功能等的深度優化，成功實現了自動開溝、施肥和播種等作業功能。此外，還確保了播種量和開溝寬度等參數符合設計要求。這一系列的改進不僅提高了作業效率，也使得玉米免耕作施肥播種機更加智能、高效，適應了現代農業對自動化技術的不斷需求。

一、玉米免耕作施肥播種機概述

1、國內外播種機種類及特點

國內外玉米播種機種類繁多，其主要依據是播種農藝的不同而有所不同。國內播種機種類主要包括單軸滾筒條播機、單軸圓盤條播機、穴播機等。國外主要以盤條播機和穴播機為主，國外穴播機主要是針對歐洲地區的氣候特點設計制造，其通過安裝在開溝器上的鎮壓部件，將種子通過壓條壓入土壤中。穴播是利用穴播機械將種子均勻地鋪撒在播種行上，可以大大減少播種時的重播和漏播現象。國外玉米播種機穴播技術目前已經較為成熟，其具有高效、節能、省種、省工、省肥、省藥等優點。目前我國主要有新疆生產建設兵團生產的單軸雙圓盤條播機和吉林生產的單軸滾筒條播機，這些播種機可以滿足我國東北、西北地區的玉米免耕作施肥播種要求，且操作靈活方便。目前我國玉米免耕作施肥播種機多為引進產品，且產品種類單一，存在技術含量低、品種單一等問題。

2、開溝部件

開溝部件是玉米免耕作播種機的核心部件，根據排種器和開溝器的結構形式，可分為立式和臥式兩種。立式開溝部件通常包括螺旋開溝器、圓盤式開溝器、雙圓盤式開溝部件等，結構簡單，但存在漏種現象，且難以調節。臥式開溝部件由左右2個圓盤式開溝部件組成，4個滾輪組成，每個滾輪都有一個獨立的旋轉運動，這種結構具有防堵能力。臥式開溝部件的不足之處是兩側滾輪受力不均，且在工作過程中容易產生側滑現象。我國目前已有多家生產廠家推出了螺旋和圓盤式開溝部件的玉米免耕作播種機。螺旋開溝部件具有結構簡單、操作靈活、工作效率高等優點。但由于螺旋開溝器存在側滾和側滾下溝兩個問題，目前國內研制的玉米免耕作播種機大多采用雙圓盤式開溝部件，其優點是增加了拖拉機的牽引阻力，可適應于不同土壤條件和作業環境。

3、播種部件

首先單軸滾筒條播機。該類型播種機種盤由滾筒、傳動裝置、排種器組成，滾筒上安裝有1個或2個螺旋葉片，當工作時，將種子與土壤一起吸入到滾筒處的排種器中。同時，滾筒與機架之間有一定間隙，使得種子不會和土壤一起進入滾筒中，保證播種質量。由于結構簡單、作業效率高，目前在我國玉米免耕作播種機中占據主導地位。其次單軸圓盤條播機，該類型播種機種盤由圓盤和傳動裝置組成，工作時將種子與土壤一起吸入圓盤中，并通過傳動裝置帶動圓盤轉動。

4、鎮壓部件

鎮壓是玉米免耕作施肥播種機的關鍵部件，是保持土壤墑情的重要措施。通過鎮壓作業可將種子和土壤壓實，使種子和土壤緊密接觸，保證種子的正常萌發和根系生長。目前國內主要是將鎮壓裝置安裝在播種機的排種器上，通過調節鎮壓輪的轉速來控制機具前進速度和種子與土壤的接觸面積，從而達到保證播種質量的目的。鎮壓輪屬可調式鎮壓裝置，根據不同種植模式選擇相應的鎮壓輪輪齒數量。常用的有5齒、7齒、10齒、12齒和16齒等，其結構形式主要有平壓式、圓壓式、凸壓式和V型凸壓式等。根據鎮壓輪軸上安裝的鎮壓輪數量不同，分為1～6個不同型號。國外多采用雙輪對開或雙輪對開式鎮壓輪，其優點是種子在土壤中分散均勻，同時又可實現強制鎮壓。

5、施肥部件

施肥部件是玉米免耕作施肥播種機的重要組成部分，在播種作業過程中完成開溝、施肥、覆土等工作。目前使用的玉米免耕作施肥播種機的施肥部件主要有兩種類型，即開溝器與施肥盤，其中開溝器又分為刀盤式開溝器和圓盤式開溝器，而施肥盤則分為圓盤式和雙盤式。

6、發展現狀

隨著我國農業機械技術的快速發展，我國玉米免耕作播種機行業也得到了飛速發展，尤其是我國自行研制開發的玉米免耕作播種機在國內外均具有較高的知名度和影響力。我國自行研制的玉米免耕作播種機主要是以單軸滾筒條播機、雙軸圓盤條播機和穴播機為主，同時也有少量的穴播設備。但與國外先進技術相比，我國玉米免耕作播種機行業在裝備技術、產品性能、產品質量和作業效率等方面還有一定差距。與國外先進技術相比，國內玉米免耕作播種機行業存在著播種作業質量不高、施肥量不準確、生產率較低、適應性不強等問題。為了使我國玉米免耕作播種機行業得到快速發展，應從以下幾個方面入手：首先，加大對玉米免耕作播種機研發力度，不斷提高我國玉米免耕作播種機的作業質量，以滿足不同地區對玉米免耕作播種機的作業要求。其次，注重加強對我國玉米免耕作播種機生產企業的扶持力度，提升生產技術水平和產品質量。最后，加強對農民及農機用戶的培訓工作，提高其操作使用水平。

二、玉米免耕作施肥播種機的作用

1、實現播種作業全自動化

與傳統的人工播種相比，自動控制播種可以實現播種作業全自動化。國外玉米免耕作播種機已實現了種子和肥料的精確定量、播種作業全自動化，可大大降低作業人員的勞動強度，提高生產效率。而國內的玉米免耕作播種機仍處于人工操作階段，主要依賴人工完成播種、施肥、鎮壓等工作。在這種情況下，如何提高玉米免耕作播種機的作業自動化水平、降低勞動強度、提高生產效率就顯得尤為重要。

2、提高施肥和覆土精度

自動控制施肥和覆土精度是玉米免耕作施肥播種機實現機械化作業的關鍵技術之一。目前我國玉米免耕作施肥播種機大多采用開溝器－圓盤式排種器，這種排種器只能滿足種子在土壤中均勻分散，無法有效防止種子堆積。因此，為了滿足不同地區對玉米免耕作施肥播種機的作業要求，在設計播種機時應盡可能采用新型的排種器，如具有強制鎮壓功能的排種器和帶有可調節式鎮壓輪的排種器等，同時應盡可能提高排種裝置和開溝器的工作效率，以提高播種機的作業效率。

3、實現智能化控制

玉米免耕作施肥播種機在生產過程中應根據不同的種植模式和土壤條件選擇相應的開溝部件、開溝器－圓盤式排種器、種子和肥料精確定量、播種作業全自動化等技術。目前國內外玉米免耕作播種機大都采用單片機進行控制，單片機控制系統具有成本低、可靠性高、操作方便等特點，但由于受單片機自身性能限制，其控制精度較低。

三、玉米播種機全自動控制系統優化

正如前文所述，玉米免耕作施肥播種機作為新型的農業設備，能夠在極大程度上規避傳統農業種植過程中的問題，因此工作人員需要加大研究力度，分析該機械的應用技巧，掌握其系統應用原理，結合農業生產的具體情況，對其控制系統進行優化與創新，進而提高玉米播種機全自動化水平，讓其能夠更好地服務于農業，提高我國農業生產質量，實現社會經濟的穩定持續發展。工作人員可以通過以下幾個方面對其進行優化與創新：

1、結構設計

將每條“一”字形開溝器的開溝寬度調整為15cm，適應不同類型的土壤。同時，減小開溝器之間的距離至30cm，增加播種密度，適用于高密度播種的需求。保持每條“S”形開溝器的20cm開溝寬度，但進行結構優化，增加土壤的切割效果。兩條平行的“S”形開溝器之間的距離調整為25cm，使播種機更靈活適應不同作物和土地類型。排種輪進行改進，以適應不同類型的種子。通過優化排種輪的結構和材料，提高播種的精度和適應性，確保不同種類的種子都能夠順暢地被播種。在農業方面，該設計具備多功能適應性，能夠適用于不同農田類型，如濕地、干地等。通過對開溝器的可調寬度和間距，以及排種輪的創新設計，使得播種機能夠滿足不同農作物的種植需求。結構設計的優化旨在提高播種效率，減少能耗，確保種子的均勻分布。播種機通過自動化開溝和排種的過程，大大減輕了農民的勞動強度，提高了作業效率。

2、單片機模板設計

單片機模板在農業領域的應用主要涉及傳感器信號的采集、數據處理、液晶顯示以及與其他設備的通信，在農業方面，單片機通過傳感器采集土壤濕度、溫度等信息，實現智能化農業管理。單片機根據采集的數據自動計算施肥量和種子數，通過控制電動機和繼電器實現自動化施肥和種植。通過液晶顯示器實時顯示處理結果，使農民能夠隨時監測農業生產狀況，提高生產效率。通過串口與計算機連接，實現數據傳輸，支持遠程監控和管理，提高農業生產的智能化水平。

3、測速傳感器模板設計

在農業領域，測速傳感器模板的應用主要集中在農業機械設備上，用于實時采集農機運動的速度信息，以優化農業生產流程、提高效率和降低成本。在農機設備上應該選擇合適的位置安裝測速傳感器模板，通常安裝在農機的旋轉軸上，如拖拉機的輪軸或旋耕機的刀軸。通過調整齒輪齒數，可以調整傳感器的安裝位置，使其更加適應不同農機的結構和運動方式。測速傳感器模板實時采集農機的速度信息，通過控制裝置將這些信息反饋給農民或自動化控制系統，使農民能夠及時了解農機的運動狀態。利用傳感器采集到的速度信息，可以實現對農機速度的智能調整，提高作業效率和農業生產的質量。通過測速傳感器模板采集的數據，可以對農機的性能進行分析，及時發現和修復設備故障，減少因故障造成的生產中斷和維修成本。通過實時監測農機的速度，可以評估燃油的消耗情況，有助于農民優化作業計劃，降低燃油成本。結合測速傳感器的信息，可以實現農機的自動導航系統，提高農田作業的自動化水平，減輕農民的勞動強度。根據農機的速度信息，智能控制施肥和種植操作，確保在適當的速度下完成農田作業，提高農作物產量。

4、步進電機驅動模板設計

在農業領域，步進電機驅動模板可以應用于各種農業機械設備，用于控制和驅動步進電機，實現精準的運動控制和自動化操作。根據具體的農業機械設備，合理設計步進電機驅動模板的尺寸，確保其匹配步進電機的尺寸，從而適應不同的種植和播種需求。通過精心設計，保證步進電機驅動模板的穩定性，使其在種植和播種過程中能夠提供可靠的運動控制。同時設計適用于農田灌溉系統的電路，實現對水泵、閥門等設備的步進電機精準控制，以實現灌溉水平的智能化管理。還要根據實際需求選擇合適的編碼器和信號放大器，用于實現步進電機驅動模板與農田灌溉系統的無縫集成。可以利用步進電機驅動模板設計智能化的農業收割機械，通過步進電機實現刀具的精準控制，提高收割的效率和質量。使用STC12C5A60S2單片機對系統進行整體控制，實現收割機械的自動化和智能化操作。利用步進電機驅動模板實現農業機械的自動導航系統，對步進電機的精準控制實現車輛的自主導航。通過STC12C5A60S2單片機對導航系統進行智能控制，使農業機械能夠在農田中實現自動行駛。

5、聲光報警模板設計

在農業機械設備的正常作業過程中，及時發現和處理問題是確保高效農業生產的關鍵。聲光報警模板的設計在這方面起著重要的作用，能夠及時反饋異常情況，幫助農民維護和管理機械設備。針對機械設備的實際工作情況，設計人員應根據開溝器堵塞、施肥機堵塞等問題，合理設置各模塊的閾值，包括傳感器對異常情況的靈敏度，確保在問題發生時能夠及時檢測到。當機械設備發生故障時，系統應該能夠發出明顯的報警聲，并啟動警示燈。這些聲音和光信號的記錄應被保存，以便在后續的維修和調試中提供有用的信息。設計聲光報警模板時，應特別考慮開溝器和施肥機的工作狀態。例如，開溝器堵塞報警可使用“叮鈴”聲，伴隨著明顯的警示燈閃爍，而施肥機堵塞報警可以選擇“嘶嘶”聲和閃爍的警示燈。警示燈模塊通過檢測開溝器的堵塞情況來進行警告。當開溝器堵塞時，設計模板應觸發相應的“咔嗒”聲和警示燈，以向農民提示問題所在。將聲光報警模板與智能化監控系統相結合，能夠實時監測機械設備的狀態，通過傳感器采集數據，對設備的運行狀況進行實時監測，及時發現并報警處理問題。在農業生產中，農民可能分散經營多塊田地。設計模板時，考慮加入遠程通信功能，使農民能夠通過手機或其他設備接收到機械設備的報警信息，方便及時采取措施。

6、控制系統軟件設計

在農業機械的控制系統中，軟件設計是確保整個系統高效運行的核心。該軟件不僅負責對開溝器的控制，還實現了各種功能的設定、工作模式的轉換，以及對數據的存儲、顯示和記錄。軟件通過設定自動控制邏輯，實現對開溝器的精準控制，包括控制開溝器的深度、寬度等參數，以適應不同的農田和作物需求。根據不同的農業操作階段，軟件需要實現工作模式的轉換，如從播種模式切換到施肥模式，或從耕作模式切換到停機模式等。通過程序計算，軟件能夠根據用戶設定和實際傳感器數據，準確計算出播種量、開溝寬度和施肥量等參數。提供直觀的數據顯示界面，讓農民能夠清晰地了解當前作業狀態和各項參數，以便及時做出調整。還要引入故障判斷功能，通過傳感器數據監測和算法判斷，及時發現開溝器堵塞、施肥機故障等異常情況。在軟件設計中考慮系統穩定性，通過算法優化和邏輯設計，確保在各種工作條件下都能保持系統的穩定運行。可以將作業過程中的關鍵數據進行存儲，形成歷史記錄，為后續的數據分析和決策提供依據。當系統發生異常時，軟件能夠記錄相關事件，以便維護人員進行故障排查和修復。

總而言之，免耕作技術是指在玉米全自動技術中最重要的一項技術，主要是采用機械方法代替人工或畜力，在一定時期內免耕，不翻土、不壓草、不耙地，保持原有土壤結構和耕層結構，為此，國家大力發展該項技術，工作人員要對其進行分析，了解其結構特征，明確其應用原則，合理開展優化與創新，提高其自動化水平，促進我國農業的快速發展。